Modulering av episodiskt minne med hjälp av Theta Burst Stimulation (TBS)

Syfte och hypoteser Syftet med studien är att utvärdera effekten av theta burst stimulation (TBS) som är ett relativt nytt paradigm för transkraniell magnetisk stimulering (TMS) på episodiskt minne (EM) hos friska äldre vuxna (hOA).

Syfte 1: Utvärdera effekten av theta burst stimulation (TBS) på episodiskt minne (EM) hos friska äldre vuxna. Hypotes 1 - Det kommer att bli betydande förbättring av EM jämfört med baslinjen med en session med TBS.

Mål 2: Korrelera vit substans integritet till förbättring av uppgiftshämtning med TBS. Hypotes 2- Starkare anslutningar av den vita substansen (WM-kanal) korrelerar med större förbättring av hämtningsprestanda.

BAKGRUND Alzheimers sjukdom (AD) drabbar 5 miljoner amerikaner, till en kostnad av över 200 miljarder dollar. Det första och mest försvagande symtomet på AD är ett allvarligt underskott i förmågan att minnas personliga tidigare händelser, eller episodiskt minne (EM), som så småningom gör patienter isolerade från familj och vänner och oförmögna att leva självständigt. Detta EM-underskott återspeglar i första hand försämringen av medial temporallobsregioner, särskilt hippocampus (HC). AD-behandlingar måste starta mycket tidigt i sjukdomsförloppet, när hjärnskadan fortfarande är liten, och det tidigaste stadiet när AD kan diagnostiseras är känt som mild kognitiv funktionsnedsättning på grund av AD (MCI-AD).

Nyligen har olika former av icke-invasiva hjärnstimuleringstekniker tillämpats på friska äldre vuxna, AD och MCI-AD för att förbättra minnesförsämringar. De flesta av dessa försök använde högfrekvent repetitiv transkraniell magnetisk stimulering (rTMS) applicerad på den vänstra dorsolaterala prefrontala cortex (DLPFC). Även om ett litet antal av dessa studier har visat gynnsamma effekter kvarstår stora frågor om TMS har kliniskt relevanta effekter i äldre populationer, samt vilka neurovetenskapliga mekanismer som står för dessa effekter. Ett hinder för att använda TMS för att förbättra EM är att den hjärnregion som är mest kritisk för EM och mest påverkad av tidig AD, hippocampus (HC), ligger djupt inne i hjärnan, bortom TMS direkta effekter (~1" under skallen). En studie försökte rikta in sig på hippocampus och peri-hippocampus regioner för stimulering via TMS. De stimulerade den laterala parietal cortex och använde funktionell anslutning mellan denna region och hippocampus/peri-hippocampus regioner (främst entorhinal cortex) för att förbättra prestanda på en associativ minnesuppgift. Den nedre longitudinella fasciculus förbinder vinkelgyrus till hippocampus och para-hippocampus regioner och kan sprida stimuleringseffekter från kortikala till subkortikala strukturer, även om studier om effekt på TMS på neuronala populationer av vit substans är begränsade enligt nedan. Effekten av TMS på neuronala populationer i de vita ämnesområdena modellerades nyligen med hjälp av traktografi och e-fältberäkningar, och i allt högre grad måste dessa tillvägagångssätt ta hänsyn till vilken procentandel av variansen i motortröskeln (MT) som skulle stå för av vita ämnesområdena .

TBS är ett potent paradigm för TMS. Såsom beskrivs i en nyskriven artikel av Huang et al, finns det två mönster för paradigmet: - kontinuerlig theta-burst-stimulering (cTBS) och intermittent theta-burst-stimulering (iTBS). Den förra ger undertryckande av MEP och den senare ger en ökning av MEP. iTBS levererar 50 Hz stimuli i paket om 10 som varar i 2 sekunder. Varje stimulusskur som levereras vid 50 Hz ges var 200:e millisekund, vilket gör den totala frekvensen av stimulanstillförseln 5 Hz. Följaktligen omfattar stimuleringen kapslade 50 Hz skurar (gammafrekvens) givna vid 5 Hz (thetafrekvens). De flesta undersökningsstudier som inte hade behandlingsresultatmått har använt antingen 40 sekunders cTBS eller 190 sekunders iTBS. Båda dessa paradigm har visat sig orsaka förändringar i MEP under 60 minuter. Variationer i stimuleringsmönster har också varit effektiva, även om det finns begränsade studier som motiverar användningen. Utredarna föreslår därför att stimulera funktionen av hippocampusbildningen hos friska äldre vuxna (hOA) genom att rikta in sig på en kortikal region som är direkt kopplad till hippocampusbildningen: vinkelgyrusen. För att öka indirekta effekter på hippocampusbildningen kommer utredarna att använda den mest kraftfulla TMS-tekniken som finns tillgänglig, intermittent Theta Burst Stimulation (iTBS).

METODOLOGI Studien är utformad för att vara ett pilotprojekt för att utvärdera effekten av TBS på EM hos friska äldre vuxna (hOA). Utredarna planerar att screena 30 deltagare för att välja ut 20 ämnen.

Screening Potentiella deltagare kommer att vara i åldersgruppen 60-80 år och omfattar försökspersoner som har rekryterats till tidigare studier vid Cabeza Lab (Pro00005021), och därför har hjärnavbildningsdata redan samlats in.

Studieförfarande På dag 1 av studien kommer försökspersonerna att få National Institute of Health (NIH) Toolbox administrerad till dem. NIH-verktygslådan är en omfattande uppsättning neuro-beteendemätningar som snabbt bedömer kognitiva funktioner från bekvämligheten av en iPad. Den totala tiden som tilldelas för administration av NIH-verktygslådan är 45 minuter. Efter detta kommer försökspersonerna att utföra motorisk framkallad potential (MEP) varefter de kommer att administreras intermittent theta burst stimulation (iTBS) till motorisk cortex. Detta kommer att följas av mätning av motor evoked potential (MEP) igen. Försökspersoner som inte visar en 10 % ökning av motorisk framkallad potential (MEP) med iTBS kommer att uteslutas från ytterligare delar av studien.

Vår studie använder en specifik typ av TMS, känd som intermittent theta burst stimulation (iTBS). På dag 1 av studien kommer försökspersonerna att administreras antingen vänstersidig iTBS till den motoriska cortexen. Ämnet kommer att sitta i en stol. Elektroder med elektromyogram (EMG) kommer att appliceras på höger hand för inspelning av motor evoked potential (MEP). För iTBS skulle den aktiva motoriska tröskeln vara 80 % som används i de flesta thetaburst-studier som beskrivs i denna översikt. Försökspersoner skulle få iTBS innefattande 50 Hz skurar givna vid 3 till 5 Hz under nästan 3 minuter, vilket omfattar 19 tåg och 600 pulser. Ämnet kommer att övervakas tills ledamöterna återgår till baslinjen. En checklista för biverkningar kommer att fyllas i i början och i slutet av experimentsessionen. Alla sessioner kommer att utföras av en av protokollutredarna, eller av en utbildad och ackrediterad forskningsassistent övervakad av protokollutredarna.

Om en ökning med 10 % ses i MEP, kommer försökspersonerna att få en andra session med iTBS eller skenstimulering till vänster vinkelgyrus en timme efter screeningssessionen. Om de får iTBS kommer detta att omfatta 6 minuters stimulering motsvarande 1200 pulser och 38 tåg av stimulansen. Ämnet kommer att övervakas tills ledamöterna återgår till baslinjen. En checklista för biverkningar kommer att fyllas i i början och i slutet av experimentsessionen. Sham-stimulering kommer att använda ytliga elektroder för att efterlikna upplevelsen av att ta emot faktisk stimulering. Alla sessioner kommer att utföras av en av protokollutredarna, eller av en utbildad och ackrediterad forskningsassistent övervakad av protokollutredarna. Försökspersoner kommer att utföra kodningsförsök av episodisk minnesuppgift med stimulering och hämtning av uppgiften efter stimuleringen.